撮像装置及び撮像方法
【課題】 トールボット干渉法において、従来よりも回折格子及び遮蔽格子の移動の調整が容易で、かつ被検体に対して入射する光の入射方向の変化による位相像のぼけを抑制して縞走査法を行うことができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】 撮像装置１は、光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子３１０と、干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子４１０と、遮蔽格子を経た光を検出する検出器５１０と、回折格子３１０及び遮蔽格子４１０を移動させる移動手段１０１０と、を備え、移動手段１０１０は、回折格子３１０及び遮蔽格子４１０が相対移動しないように回折格子３１０及び遮蔽格子４１０を移動させることで、干渉パターン及び遮蔽格子４１０を相対移動させ、検出器５１０は、干渉パターン及び４１０遮蔽格子の相対移動に対応して、光を検出する。
【解決手段】 撮像装置１は、光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子３１０と、干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子４１０と、遮蔽格子を経た光を検出する検出器５１０と、回折格子３１０及び遮蔽格子４１０を移動させる移動手段１０１０と、を備え、移動手段１０１０は、回折格子３１０及び遮蔽格子４１０が相対移動しないように回折格子３１０及び遮蔽格子４１０を移動させることで、干渉パターン及び遮蔽格子４１０を相対移動させ、検出器５１０は、干渉パターン及び４１０遮蔽格子の相対移動に対応して、光を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関し、特にトールボット干渉法を用いて被検体を撮像する撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トールボット干渉法を用いると、Ｘ線を含む様々な波長の光の干渉を利用して被検体の位相像を得ることができる。また、トールボット干渉法に用いられる干渉計のことをトールボット干渉計と呼ぶ。
【０００３】
トールボット干渉法を用いて被検体を撮像する方法の１つとして、光源、回折格子、遮蔽格子、検出器を備える撮像装置を用いて被検体の位相像を得る方法がある。この方法の概要を説明する。
【０００４】
まず、光源から発生した光が被検体を透過し、それに伴って光の位相が変化する。被検体を透過した光は、回折格子に回折されることによって干渉パターンを形成する。この干渉パターンは被検体の位相情報を有する。この干渉パターンが形成される位置に遮蔽格子を配置すると、干渉パターンの一部が遮蔽され、モアレが形成されるので、このモアレを検出器によって検出する。この検出結果を演算処理し、解析することで被検体の位相像を得ることができる。
【０００５】
モアレから被検体の位相像を取得する方法はいくつかあるが、その１つに縞走査法がある。縞走査法は干渉パターンに対する遮蔽格子の位置を移動させてモアレを変化させて数回検出し、その複数回の検出結果から位相を計算する手法である。
【０００６】
干渉パターンに対する遮蔽格子の位置を移動させてモアレを変化させる方法として、特許文献１には、回折格子と遮蔽格子の相対位置を変化させる方法が記載されている。また、特許文献２には、光源または光源からの光を細いビーム状に分割する光源格子を移動させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４４５３９７号
【特許文献２】特表２００８−５４５９８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、特許文献１には回折格子と遮蔽格子の相対位置を変えながら撮像を行う方法が記載されている。この方法を行うためには、１回の撮像毎に遮蔽格子の周期を撮像回数で割った長さ分だけ回折格子と遮蔽格子の相対位置を移動させる必要がある。例えば光としてＸ線を用いてトールボット干渉法を行う場合、回折格子や遮蔽格子の移動量は数μｍ程度となるため、それ以下の精度で回折格子や遮蔽格子を移動させることが要求される。
【０００９】
一方、特許文献２には光源または光源格子を移動させたり回転させたりする方法が記載されている。この方法を行う場合、１回の撮像毎の光源や線源格子の移動量は、回折格子や遮蔽格子を移動させる方法と比較すると１０倍程度大きくなる。
【００１０】
しかし、光源または光源格子を移動させると、被検体に入射する光の入射方向が被検体に対して変化する。このことは、被検体と検出器の位置がずれることと等しい。そのため、光源または光源格子の移動に伴って、検出器の検出面上における光の強度分布の位置がずれて、結果として得られる被検体の位相像がぼけてしまう可能性がある。
【００１１】
そこで本発明ではトールボット干渉法において、従来よりも回折格子及び遮蔽格子の移動の調整が容易で、かつ被検体に対して入射する光の入射方向の変化による位相像のぼけを抑制して縞走査法を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像装置は、光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、前記遮蔽格子を経た光を検出する検出器と、前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段は、前記回折格子及び前記遮蔽格子のうち一方に対して他方が相対移動しないように前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させることで、前記干渉パターン及び前記遮蔽格子のうち一方に対して他方を相対移動させ、前記検出器は、前記干渉パターン及び前記遮蔽格子の相対移動に対応して、前記光を検出することを特徴とする。
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明ではトールボット干渉法を用いた撮像装置において、回折格子及び遮蔽格子の移動が容易で、かつ被検体に対して入射する光の入射方向の変化による撮像ぼけを抑制して縞走査法を行うことができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る回折格子の断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る遮蔽格子の断面図。
【図４】本発明の実施例に係るＸ線撮像装置の模式図。
【図５】本発明の実施例に係るＸ線撮像装置による撮像のシミュレーション結果。
【図６】比較例に係るＸ線撮像装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付の図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
本実施形態では、光としてＸ線を用いてトールボット干渉法を行う撮像装置について説明する。但し、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２〜１００ｋｅＶの光を指す。
【００１７】
図１は本実施形態における撮像装置の構成を示した模式図である。図１に示した撮像装置１は、Ｘ線を発生させるＸ線源部１１０と、Ｘ線を回折する回折格子３１０、Ｘ線の一部を遮蔽する遮蔽格子４１０、Ｘ線を検出する検出器５１０、回折格子と遮蔽格子を移動させる移動手段として移動部１０１０を備えている。更に、撮像装置１の検出結果に基づいて演算を行う演算部６１０が撮像装置１に接続されており、更に演算部６１０には演算部の演算結果に基づいた画像を表示する画像表示部９１０が接続されている。以下、各構成について説明をする。
【００１８】
本実施形態の撮像装置は光源としてＸ線源を備えている。Ｘ線源としては、連続Ｘ線を出射するＸ線源を用いても、特性Ｘ線を出射するＸ線源を用いてもよい。また、Ｘ線源１１０から出射したＸ線の経路上に、Ｘ線を細いビームに分割するための線源格子（光源格子）または波長選択フィルタを配置してもよい。但し、Ｘ線源部１１０から出射されるＸ線は回折格子３１０で回折されることにより、干渉パターンを形成する必要があるため、干渉パターンを形成できる程度の空間的コヒーレンス性が求められる。また、Ｘ線源部１１０から出射するＸ線は、発散光（発散Ｘ線）である。
【００１９】
Ｘ線源１１０から出射したＸ線は、被検体２１０を透過すると被検体の屈折率及び形状に応じて位相が変化する。図１では、被検体２１０をＸ線源１１０と回折格子３１０の間に配置しているが、回折格子３１０と遮蔽格子４１０の間に配置しても良い。
【００２０】
本実施形態に用いられる回折格子３１０は位相型の回折格子であり、Ｘ線の照射を受けて明部と暗部が周期的に配列された干渉パターンを形成する。回折格子として振幅型の回折格子を用いることもできるが、位相型の回折格子の方がＸ線量（光量）の損失が少ないので有利である。但し、本明細書では、光の強度が大きい所を明部、小さい所を暗部とする。
【００２１】
本実施形態の回折格子３１０の断面形状を図２に示した。回折格子３１０は、基板７１０上に断面が矩形の構造物７２０が周期ｐ１で配列されており、一次元の周期をもつ。Ｘ線源側から見た時、構造物７２０が存在する個所が位相進行部３１１、構造物７２０が存在しない個所が位相遅延部３１２であり、位相進行部３１１を透過したＸ線と位相遅延部３１２を透過したＸ線で、位相が一定量シフトしている。一般的に、位相のシフト量がπラジアン又はπ／２ラジアンの回折格子が良く用いられるが、その他のシフト量の回折格子を用いることもできる。回折格子３１０を構成する材料はＸ線の透過率が高い物質が好ましく、例えば、シリコンを用いることができる。また、基板７１０と矩形波状の構造物７２０は同じ材料から構成されていても良い。また、回折格子３１０は位相進行部３１１と位相遅延部３１２が周期的に配列されていれば良く、図２に示した構造以外の構造をとることもできる。
【００２２】
干渉パターンの周期は回折格子３１０の周期ｐ１と位相のシフト量、撮像装置の拡大率によって決まる。拡大率とは発散光を用いた場合、回折格子によって形成されるパターンがどれだけ拡大されて遮蔽格子上に形成されるかを示すものである。拡大率をＭ、光源と回折格子の距離をＬ１、回折格子と遮蔽格子の距離をＬ２とすると、
Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１ ・・・（式１）
で表される。
【００２３】
位相シフト量がπラジアンの位相型回折格子を用いた場合、遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期は、回折格子の周期に１／２と拡大率Ｍをかけた値になる。また、位相シフト量が１／２πラジアンの位相型回折格子を用いた場合、遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期は回折格子の周期に拡大率Ｍをかけた値になる。
【００２４】
本実施形態の遮蔽格子４１０は図３に示したような、Ｘ線透過率が高い基板７３０上に矩形波状の構造物７４０を設置する。矩形波状の構造物７４０は入射したＸ線を遮蔽するために、Ｘ線透過率が低い材質で作られ、充分な高さｈ２が必要となる。Ｘ線源側から見た時、矩形波状の構造物７４０が存在する個所がＸ線を遮蔽する遮蔽部４１１、矩形波状の構造物７４０が存在しない個所がＸ線を透過する透過部４１２である。尚、遮蔽部はＸ線を完全に遮蔽しなくても良い。但し、干渉パターンに遮蔽格子を重ねることでモアレが形成される程度にＸ線を遮蔽する必要がある。その条件を満たせば、矩形波状の構造物７４０の材質や高さｈ２は問わない。また、遮蔽格子は透過部と遮蔽部が周期的に配列されていれば良く、図３に示した構造以外の構造をとることもできる。
【００２５】
遮蔽格子４１０の周期Ｐ２は回折格子３１０によって形成される干渉パターンの周期と同一または僅かに異なる値をとることができ、形成したいモアレの周期によって決めることができる。
尚、本明細書におけるモアレとは、その周期が無限長か、もしくは無限長に限りなく近い場合も含む。すなわち特許文献１の実施例で示されているような、一枚の撮像画像内では周期が明瞭に現れない場合も本発明は有効である。
【００２６】
本実施形態には、回折格子と遮蔽格子の移動部１０１０が設けられている。移動部は、回折格子と遮蔽格子のうちどちらか一方に対して他方が相対移動をしないように、回折格子と遮蔽格子の相対位置を固定しながら干渉パターンの明部と暗部の配列方向へ２つの格子を移動させる。この移動により、干渉パターンと遮蔽格子のうちどちらか一方に対して他方が相対移動してモアレが変化するので、この移動の前後で検出を行うことで縞走査を行うことができる。回折格子と遮蔽格子の移動と、干渉パターンと遮蔽格子の相対位置の移動の関係について説明をする。
【００２７】
本実施形態の移動部１０１０は上述のように回折格子と遮蔽格子の相対位置を固定したまま、干渉パターンと遮蔽格子が相対移動するように回折格子と遮蔽格子を移動させる。回折格子と遮蔽格子は相対位置を固定されているため、相対移動は起こらない。回折格子と遮蔽格子は相対移動をせず、干渉パターンと遮蔽格子が相対移動をするためには、回折格子の移動に伴う干渉パターンの移動の速度と遮蔽格子の移動の速度が異なれば良い。
【００２８】
このような回折格子と遮蔽格子の移動方法の具体例を以下に２つ挙げる。
１つめの方法は、回折格子と遮蔽格子が光軸に垂直な平面上を、干渉パターンの明部と暗部の配列方向に移動する方法である。この時の回折格子、遮蔽格子、干渉パターンの移動速度を夫々考える。回折格子が速度ｖ１で移動した時、遮蔽格子も速度ｖ１で移動し、干渉パターンは回折格子の移動速度に拡大率Ｍをかけた速度Ｍｖ１で移動する。従って、干渉パターンと遮蔽格子の移動速度の差は
ｖ１・（Ｍ−１） ・・・ （式２）
となる。その結果、干渉パターンと遮蔽格子の相対位置の変化、つまり干渉パターンと遮蔽格子の相対移動が生じるためモアレが変化し、縞走査を行うことができる。また、この場合、一回の検出毎の位相格子及び遮蔽格子の移動距離は、検出回数をｎとすると、
Ｐ２／｛（Ｍ−１）・ｎ｝ ・・・ （式３）
となる。
【００２９】
２つめの方法は、回折格子と遮蔽格子が、ある１点を中心とした円の円周上を、干渉パターンの明部と暗部の配列方向に移動する方法である。但し、円の中心が、回折格子から見てＸ線源よりも遠くまたは近くにある必要がある。つまり、この円の中心と回折格子の距離をＲ、Ｘ線源と回折格子の距離をＬ１とすると、Ｒ＞Ｌ１またはＲ＜Ｌ１である。これにより、Ｘ線源より照射されるＸ線の波面と、回折格子と遮蔽格子が移動する円の円周曲率が異なるために縞走査が成立する。尚、回折格子と遮蔽格子を移動させる円周の中心は、回折格子のＸ線が照射される範囲の中心と、Ｘ線源（焦点）の中心を通る直線（光軸）上にあることが好ましい。
【００３０】
上記光軸上にあり、回折格子からＸ線源方向に距離Ｒ離れたある１点を中心とする円の円周上を、回折格子と遮蔽格子を角速度θで移動させた時、２つの格子の移動速度は、回折格子がＲ×θ、遮蔽格子が（Ｒ＋Ｌ２）×θとなる。回折格子の速度Ｒ×θをｖ２とすると、遮蔽格子の速度はｖ２×（Ｒ＋Ｌ２）÷Ｒとなる。干渉パターンの移動速度はｖ２×Ｍであるので、干渉パターンと遮蔽格子の移動速度の差は
ｖ２・｛Ｍ−（Ｒ＋Ｌ２）／Ｒ｝ ・・・ （式４）
となり、Ｒ≠Ｌ１なので干渉パターンと遮蔽格子が相対移動をし、縞走査が成立する。この場合、一回の検出毎の回折格子の移動距離は、検出回数をｎとすると、
Ｐ２／｛（Ｍ−（Ｒ＋Ｌ２）／Ｒ）・ｎ｝ ・・・ （式５）
となり、この移動距離はＲがＬ１に近づくにつれて大きくなり、Ｒ＝Ｌ１で発散する。
【００３１】
本実施形態においては、回折格子と遮蔽格子を１つの移動部で移動をさせたが、移動手段が、回折格子を移動させる第１の移動手段（移動部）と遮蔽格子を移動させる第２の移動手段（移動部）を有していても良い。また、ｎ回の検出を行う時に回折格子と遮蔽格子が一定の相対位置をとれば良く、例えば検出後に回折格子が式５で表される距離移動し、その後、遮蔽格子が式５で表される距離に（Ｒ＋Ｌ２）÷Ｒかけた距離移動してから次の検出を行っても良い。但し、これらの移動方法をとる撮像装置よりも、回折格子と遮蔽格子を一体的に構成することで相対位置が変わらないようにしたものを移動部によって移動させる撮像装置の方が好ましい。但し、一体的に構成とは、回折格子と遮蔽格子が例えばネジで留められていたり、張り合わせられていたり、一体成型されていたりと機械的に接合されていることを指す。撮像装置をこのような構成にすると、回折格子と遮蔽格子の移動をより容易に行うことができる。
【００３２】
検出器５１０は、Ｘ線によるモアレの強度情報を検出することのできる撮像素子（例えばＣＣＤ）を有し、回折格子と遮蔽格子の移動に伴って生じる干渉パターンと遮蔽格子の相対移動に対応してモアレの強度情報を検出する。本実施形態では干渉パターンと遮蔽格子の相対移動の前後に強度情報を検出するが、干渉パターンと遮蔽格子の相対移動毎に強度情報の検出を行わなくとも良いし、相対移動中に検出を行っても良い。
但し、相対移動中に検出を行うと、検出中の相対移動により検出されるモアレの強度分布がぼける可能性がある。
【００３３】
以上が本実施形態における撮像装置の各構成の説明である。
本実施形態の撮像装置には演算部が接続されている。
【００３４】
演算部６１０は、検出器５１０による複数回の検出による検出結果に基づいて演算処理を行う。その結果被検体の位相像または微分位相像が得られる。更に演算部６１０には画像表示部９１０が接続されており、演算部６１０の演算結果に基づく画像を表示することができる。
【実施例】
【００３５】
以下具体的な実施例及び比較例について説明をする。
【００３６】
（実施例１）
実施例１では回折格子と遮蔽格子の相対位置が常に同じになるようにした状態で回折格子と遮蔽格子を光軸と垂直な平面上を移動させて縞走査を行い、この時の回折格子の合計移動量と、得られる被検体の微分位相像をシミュレーションにより計算した。但し、遮蔽格子と干渉パターンの相対位置の移動量が遮蔽格子の１周期分の長さと等しくなる時の回折格子の移動量を、回折格子の合計移動量とする。
実施例１の撮像装置の構成を図４（ａ）に示した。
【００３７】
Ｘ線源１２０はＸ線発生領域（焦点）が直径１０μｍの微小Ｘ線源で、１７．５ｋｅＶの単色Ｘ線を発生させる。用いるＸ線には、回折格子により回折されることで干渉パターンを形成するために高い干渉性が求められる。干渉性はＸ線源から回折格子までの距離が長い方が高くなるため、実施例１ではＸ線源から回折格子までの距離Ｌ１ａを１ｍとした。このような構成においてはＸ線源から照射されるＸ線はほぼ球面波とみなすことができる。
【００３８】
回折格子３２０は１次元の周期を持つ位相型回折格子であり、図２に断面形状を示した回折格子と同様の構造を有する。この回折格子は基板と矩形波状の構造物が共にシリコンで製造されており、位相進行部を透過したＸ線と位相遅延部を透過したＸ線の位相シフト量がπラジアンになるように矩形波状の構造物の高さは２２．６μｍである。また、この回折格子の周期ｐ１ａは８μｍである。
【００３９】
上述のＸ線源と回折格子を用いると、回折格子から１２．７ｃｍ離れた位置に干渉パターンが形成されるので、遮蔽格子をこの位置に配置する。干渉パターンは明部と暗部が１次元周期的に並んだ縞状のパターンである。また、本実施例の場合、回折格子の周期ｐ１ａが８μｍ、位相シフト量がπラジアン、拡大率ＭａがＬ１ａ＝１ｍ、Ｌ２ａ＝０．１２７ｍなのでＭａ＝１．１２７となるため、干渉パターンの周期は、８μｍ×１／２×１．１２７＝４．５μｍである。
【００４０】
遮蔽格子４２０は１次元の周期を持つ遮蔽格子であり、図３に断面形状を示した遮蔽格子と同様の構造を有する。この遮蔽格子は基板がシリコン、矩形波状の構造物が金で製造されており、矩形波状の構造物の高さを５０μｍとした。周期ｐ２ａは干渉パターンの周期と同一の４．５μｍにし、無限大の周期を持つモアレを形成した。
【００４１】
検出器５２０は分解能が９μｍのものを用いた。検出器で検出した結果をもとに演算装置で演算を行い、被検体の位相像を得た。
【００４２】
本実施例の撮像装置は支持部材１１１０によって回折格子３２０と遮蔽格子４２０の相対位置を固定した、格子セット８１０を用いることで回折格子３２０と遮蔽格子４２０の相対位置を常に一定に保っている。この格子セット８１０が移動部１０２０によって光軸に対し垂直な平面上を移動することで縞走査法を行う。
【００４３】
被検体２２０として直径４００μｍのシリコン球を用い、このシリコン球を光源１２０と回折格子３２０の間に設置した。その位置は回折格子３２０に近いほど望ましいが、本実施例では回折格子の手前１０ｃｍとした。
本実施例の撮像装置を用い、格子セット８１０を移動させながらＸ線を４回検出した。その検出結果の夫々を図５（ａ）〜（ｄ）に示す。また、この４回の検出結果（図５（ａ）〜（ｄ））から被検体の位相像を計算したものが図５（ｅ）であり、本実施例の撮像装置を用いて縞走査法による位相回復を行うことで、被検体の位相像を得られることが示された。
【００４４】
格子セット８１０の合計移動距離は（式３）より、約３５．５μｍとなった。
【００４５】
（実施例２）
実施例２では、実施例１における格子セット８１０を平行移動ではなく、ある円周上を滑らせるように移動させて縞走査を行い、この時の回折格子の合計移動量を計算した。
実施例２の撮像装置の構成を図４（ｂ）に示した。移動部１０３０と格子セット８１０の移動方法以外は実施例１と同じである。
【００４６】
上述のように、格子セット８１０を移動させる円周の中心８２０から格子セット８１０までの距離Ｒは少なくともＬ１より遠方に設置する必要がある。本実施例においてはＲａ＝２ｍとしたので、格子セット８１０の回折格子の合計移動距離は（式５）より、約７１．０μｍとなる。実施例２は実施例１よりも回折格子の合計移動距離が大きくなるため、より格子セットの移動が容易になる。
【００４７】
（比較例１）
比較例１では特許文献１に従い、回折格子と遮蔽格子を互いに相対的に平行に移動させて縞走査を行い、この時の回折格子の合計移動量を計算した。本比較例では遮蔽格子４２０を固定し、回折格子３２０のみを移動部１０４０によって移動させた。格子セット８１０がないことと、格子の移動部１０４０と回折格子の移動方法以外は実施例１と同じであり、本比較例の撮像装置の構成を図６（ａ）に示した。
【００４８】
回折格子３２０の合計移動量は遮蔽格子の周期と等しいため、本比較例では４．５μｍとなる。
【００４９】
（比較例２）
比較例２では特許文献２に従い、Ｘ線源１２０を移動部１０５０によって移動させることで縞走査法を行い、この時のＸ線源１２０の合計移動量を計算した。移動部１０５０と、格子セット８１０の代わりにＸ線源１２０を移動させること以外は実施例１と同じであり、本比較例の撮像装置の構成を図６（ｂ）に示した。図６（ｂ）には被検体へ入射するＸ線１５０の入射角度変化によるＸ線強度分布のずれを説明するためにＸ線源１２０が２つ記載されているが、実際の構成ではＸ線源は１つであり、α１からα２までの距離を何回かに分けて移動する。
【００５０】
回折格子３２０は固定されているため、合計移動量は０であり、その代わりにＸ線源が移動する。本比較例のＸ線源の合計移動量（α１とα２の距離）は
Ｐ２・（Ｌ１／Ｌ２） ・・・ （式７）
で表されるため、本比較例では約３５．４μｍとなる。
【００５１】
比較例２の場合は実施例１，２及び比較例１と異なりＸ線源を移動させるため、被検体に対するＸ線の入射角度が変化する。このＸ線の入射角度の変化によりＸ線強度分布にずれが生じ、複数回の検出から得られる被検体の位相像にぶれが存在してしまうことで、微小な構造が再現されない可能性がある。
【００５２】
被検体に対するＸ線の入射角度変化によるＸ線強度分布のずれについて説明をする。Ｘ線源１２０がα１の位置にある時、被検体２２０の最も光源側を透過したＸ線は検出器のある位置β１で検出される。一方、Ｘ線源１２０がα２の位置にある時、被検体２２０の最も光源側を透過したＸ線は検出器のある位置β２で検出される。このように、被検体の同じ位置を透過したＸ線が複数回の検出毎に検出器の異なる位置（β１とβ２）で検出されるため、この異なる位置（β１とβ２）の距離がずれとなって得られる被検体の位相像に現れる。
【００５３】
本比較例では被検体２２０が回折格子の手前１０ｃｍの場所に位置しているため、複数回のＸ線源１２０の移動の結果最も回折格子側部分で８．９μｍ程度のずれが生じる。被検体の厚みが１０ｃｍとすると最も光源側部分、つまり回折格子の手前２０ｃｍの位置では、ずれの大きさが１４．５μｍになる。このようなずれは解像度に影響を与える可能性がある。
【００５４】
以上今回の実施例と比較例を比べると以下の表のようになる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
検出毎の回折格子又はＸ線源の移動量は、合計移動量を検出回数で割ったものである。実施例１同様に実施例２及び比較例１，２でも夫々４回ずつ検出を行うとすると、表１の合計移動量の１／４が検出毎の回折格子又はＸ線源の移動量である。この移動量が小さいほど回折格子またはＸ線源の位置調整に精密さが要求される。表１から、実施例１、２は比較例１と比較として合計移動量が約１０倍であり、その分回折格子と遮蔽格子の移動が容易である。一方、実施例１，２と比較例２を比べると、比較例２はＸ線源が移動するため被検体に対するＸ線の入射角度が変化し、この変化により被検体のぶれが生じるため、解像度の限界が生じる。すなわち実施例においては、回折格子、遮蔽格子又はＸ線源の移動が容易でかつ被検体に対するＸ線の入射角度（入射波面）の変化による被検体のぶれが存在しない縞走査法が提供されることが分かる。
【００５７】
本実施形態ではＸ線を用いた撮像装置について説明をしたが、本発明にはＸ線以外の光（例えば紫外線または可視光）を用いることもできる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１１０ Ｘ線源
２１０ 被検体
３１０ 回折格子
４１０ 遮蔽格子
５１０ 検出器
６１０ 演算部
１０１０ 回折格子及び遮蔽格子の移動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関し、特にトールボット干渉法を用いて被検体を撮像する撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トールボット干渉法を用いると、Ｘ線を含む様々な波長の光の干渉を利用して被検体の位相像を得ることができる。また、トールボット干渉法に用いられる干渉計のことをトールボット干渉計と呼ぶ。
【０００３】
トールボット干渉法を用いて被検体を撮像する方法の１つとして、光源、回折格子、遮蔽格子、検出器を備える撮像装置を用いて被検体の位相像を得る方法がある。この方法の概要を説明する。
【０００４】
まず、光源から発生した光が被検体を透過し、それに伴って光の位相が変化する。被検体を透過した光は、回折格子に回折されることによって干渉パターンを形成する。この干渉パターンは被検体の位相情報を有する。この干渉パターンが形成される位置に遮蔽格子を配置すると、干渉パターンの一部が遮蔽され、モアレが形成されるので、このモアレを検出器によって検出する。この検出結果を演算処理し、解析することで被検体の位相像を得ることができる。
【０００５】
モアレから被検体の位相像を取得する方法はいくつかあるが、その１つに縞走査法がある。縞走査法は干渉パターンに対する遮蔽格子の位置を移動させてモアレを変化させて数回検出し、その複数回の検出結果から位相を計算する手法である。
【０００６】
干渉パターンに対する遮蔽格子の位置を移動させてモアレを変化させる方法として、特許文献１には、回折格子と遮蔽格子の相対位置を変化させる方法が記載されている。また、特許文献２には、光源または光源からの光を細いビーム状に分割する光源格子を移動させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４４５３９７号
【特許文献２】特表２００８−５４５９８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、特許文献１には回折格子と遮蔽格子の相対位置を変えながら撮像を行う方法が記載されている。この方法を行うためには、１回の撮像毎に遮蔽格子の周期を撮像回数で割った長さ分だけ回折格子と遮蔽格子の相対位置を移動させる必要がある。例えば光としてＸ線を用いてトールボット干渉法を行う場合、回折格子や遮蔽格子の移動量は数μｍ程度となるため、それ以下の精度で回折格子や遮蔽格子を移動させることが要求される。
【０００９】
一方、特許文献２には光源または光源格子を移動させたり回転させたりする方法が記載されている。この方法を行う場合、１回の撮像毎の光源や線源格子の移動量は、回折格子や遮蔽格子を移動させる方法と比較すると１０倍程度大きくなる。
【００１０】
しかし、光源または光源格子を移動させると、被検体に入射する光の入射方向が被検体に対して変化する。このことは、被検体と検出器の位置がずれることと等しい。そのため、光源または光源格子の移動に伴って、検出器の検出面上における光の強度分布の位置がずれて、結果として得られる被検体の位相像がぼけてしまう可能性がある。
【００１１】
そこで本発明ではトールボット干渉法において、従来よりも回折格子及び遮蔽格子の移動の調整が容易で、かつ被検体に対して入射する光の入射方向の変化による位相像のぼけを抑制して縞走査法を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像装置は、光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、前記遮蔽格子を経た光を検出する検出器と、前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段は、前記回折格子及び前記遮蔽格子のうち一方に対して他方が相対移動しないように前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させることで、前記干渉パターン及び前記遮蔽格子のうち一方に対して他方を相対移動させ、前記検出器は、前記干渉パターン及び前記遮蔽格子の相対移動に対応して、前記光を検出することを特徴とする。
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明ではトールボット干渉法を用いた撮像装置において、回折格子及び遮蔽格子の移動が容易で、かつ被検体に対して入射する光の入射方向の変化による撮像ぼけを抑制して縞走査法を行うことができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る回折格子の断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る遮蔽格子の断面図。
【図４】本発明の実施例に係るＸ線撮像装置の模式図。
【図５】本発明の実施例に係るＸ線撮像装置による撮像のシミュレーション結果。
【図６】比較例に係るＸ線撮像装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付の図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
本実施形態では、光としてＸ線を用いてトールボット干渉法を行う撮像装置について説明する。但し、本明細書においてＸ線とはエネルギーが２〜１００ｋｅＶの光を指す。
【００１７】
図１は本実施形態における撮像装置の構成を示した模式図である。図１に示した撮像装置１は、Ｘ線を発生させるＸ線源部１１０と、Ｘ線を回折する回折格子３１０、Ｘ線の一部を遮蔽する遮蔽格子４１０、Ｘ線を検出する検出器５１０、回折格子と遮蔽格子を移動させる移動手段として移動部１０１０を備えている。更に、撮像装置１の検出結果に基づいて演算を行う演算部６１０が撮像装置１に接続されており、更に演算部６１０には演算部の演算結果に基づいた画像を表示する画像表示部９１０が接続されている。以下、各構成について説明をする。
【００１８】
本実施形態の撮像装置は光源としてＸ線源を備えている。Ｘ線源としては、連続Ｘ線を出射するＸ線源を用いても、特性Ｘ線を出射するＸ線源を用いてもよい。また、Ｘ線源１１０から出射したＸ線の経路上に、Ｘ線を細いビームに分割するための線源格子（光源格子）または波長選択フィルタを配置してもよい。但し、Ｘ線源部１１０から出射されるＸ線は回折格子３１０で回折されることにより、干渉パターンを形成する必要があるため、干渉パターンを形成できる程度の空間的コヒーレンス性が求められる。また、Ｘ線源部１１０から出射するＸ線は、発散光（発散Ｘ線）である。
【００１９】
Ｘ線源１１０から出射したＸ線は、被検体２１０を透過すると被検体の屈折率及び形状に応じて位相が変化する。図１では、被検体２１０をＸ線源１１０と回折格子３１０の間に配置しているが、回折格子３１０と遮蔽格子４１０の間に配置しても良い。
【００２０】
本実施形態に用いられる回折格子３１０は位相型の回折格子であり、Ｘ線の照射を受けて明部と暗部が周期的に配列された干渉パターンを形成する。回折格子として振幅型の回折格子を用いることもできるが、位相型の回折格子の方がＸ線量（光量）の損失が少ないので有利である。但し、本明細書では、光の強度が大きい所を明部、小さい所を暗部とする。
【００２１】
本実施形態の回折格子３１０の断面形状を図２に示した。回折格子３１０は、基板７１０上に断面が矩形の構造物７２０が周期ｐ１で配列されており、一次元の周期をもつ。Ｘ線源側から見た時、構造物７２０が存在する個所が位相進行部３１１、構造物７２０が存在しない個所が位相遅延部３１２であり、位相進行部３１１を透過したＸ線と位相遅延部３１２を透過したＸ線で、位相が一定量シフトしている。一般的に、位相のシフト量がπラジアン又はπ／２ラジアンの回折格子が良く用いられるが、その他のシフト量の回折格子を用いることもできる。回折格子３１０を構成する材料はＸ線の透過率が高い物質が好ましく、例えば、シリコンを用いることができる。また、基板７１０と矩形波状の構造物７２０は同じ材料から構成されていても良い。また、回折格子３１０は位相進行部３１１と位相遅延部３１２が周期的に配列されていれば良く、図２に示した構造以外の構造をとることもできる。
【００２２】
干渉パターンの周期は回折格子３１０の周期ｐ１と位相のシフト量、撮像装置の拡大率によって決まる。拡大率とは発散光を用いた場合、回折格子によって形成されるパターンがどれだけ拡大されて遮蔽格子上に形成されるかを示すものである。拡大率をＭ、光源と回折格子の距離をＬ１、回折格子と遮蔽格子の距離をＬ２とすると、
Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１ ・・・（式１）
で表される。
【００２３】
位相シフト量がπラジアンの位相型回折格子を用いた場合、遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期は、回折格子の周期に１／２と拡大率Ｍをかけた値になる。また、位相シフト量が１／２πラジアンの位相型回折格子を用いた場合、遮蔽格子上に形成される干渉パターンの周期は回折格子の周期に拡大率Ｍをかけた値になる。
【００２４】
本実施形態の遮蔽格子４１０は図３に示したような、Ｘ線透過率が高い基板７３０上に矩形波状の構造物７４０を設置する。矩形波状の構造物７４０は入射したＸ線を遮蔽するために、Ｘ線透過率が低い材質で作られ、充分な高さｈ２が必要となる。Ｘ線源側から見た時、矩形波状の構造物７４０が存在する個所がＸ線を遮蔽する遮蔽部４１１、矩形波状の構造物７４０が存在しない個所がＸ線を透過する透過部４１２である。尚、遮蔽部はＸ線を完全に遮蔽しなくても良い。但し、干渉パターンに遮蔽格子を重ねることでモアレが形成される程度にＸ線を遮蔽する必要がある。その条件を満たせば、矩形波状の構造物７４０の材質や高さｈ２は問わない。また、遮蔽格子は透過部と遮蔽部が周期的に配列されていれば良く、図３に示した構造以外の構造をとることもできる。
【００２５】
遮蔽格子４１０の周期Ｐ２は回折格子３１０によって形成される干渉パターンの周期と同一または僅かに異なる値をとることができ、形成したいモアレの周期によって決めることができる。
尚、本明細書におけるモアレとは、その周期が無限長か、もしくは無限長に限りなく近い場合も含む。すなわち特許文献１の実施例で示されているような、一枚の撮像画像内では周期が明瞭に現れない場合も本発明は有効である。
【００２６】
本実施形態には、回折格子と遮蔽格子の移動部１０１０が設けられている。移動部は、回折格子と遮蔽格子のうちどちらか一方に対して他方が相対移動をしないように、回折格子と遮蔽格子の相対位置を固定しながら干渉パターンの明部と暗部の配列方向へ２つの格子を移動させる。この移動により、干渉パターンと遮蔽格子のうちどちらか一方に対して他方が相対移動してモアレが変化するので、この移動の前後で検出を行うことで縞走査を行うことができる。回折格子と遮蔽格子の移動と、干渉パターンと遮蔽格子の相対位置の移動の関係について説明をする。
【００２７】
本実施形態の移動部１０１０は上述のように回折格子と遮蔽格子の相対位置を固定したまま、干渉パターンと遮蔽格子が相対移動するように回折格子と遮蔽格子を移動させる。回折格子と遮蔽格子は相対位置を固定されているため、相対移動は起こらない。回折格子と遮蔽格子は相対移動をせず、干渉パターンと遮蔽格子が相対移動をするためには、回折格子の移動に伴う干渉パターンの移動の速度と遮蔽格子の移動の速度が異なれば良い。
【００２８】
このような回折格子と遮蔽格子の移動方法の具体例を以下に２つ挙げる。
１つめの方法は、回折格子と遮蔽格子が光軸に垂直な平面上を、干渉パターンの明部と暗部の配列方向に移動する方法である。この時の回折格子、遮蔽格子、干渉パターンの移動速度を夫々考える。回折格子が速度ｖ１で移動した時、遮蔽格子も速度ｖ１で移動し、干渉パターンは回折格子の移動速度に拡大率Ｍをかけた速度Ｍｖ１で移動する。従って、干渉パターンと遮蔽格子の移動速度の差は
ｖ１・（Ｍ−１） ・・・ （式２）
となる。その結果、干渉パターンと遮蔽格子の相対位置の変化、つまり干渉パターンと遮蔽格子の相対移動が生じるためモアレが変化し、縞走査を行うことができる。また、この場合、一回の検出毎の位相格子及び遮蔽格子の移動距離は、検出回数をｎとすると、
Ｐ２／｛（Ｍ−１）・ｎ｝ ・・・ （式３）
となる。
【００２９】
２つめの方法は、回折格子と遮蔽格子が、ある１点を中心とした円の円周上を、干渉パターンの明部と暗部の配列方向に移動する方法である。但し、円の中心が、回折格子から見てＸ線源よりも遠くまたは近くにある必要がある。つまり、この円の中心と回折格子の距離をＲ、Ｘ線源と回折格子の距離をＬ１とすると、Ｒ＞Ｌ１またはＲ＜Ｌ１である。これにより、Ｘ線源より照射されるＸ線の波面と、回折格子と遮蔽格子が移動する円の円周曲率が異なるために縞走査が成立する。尚、回折格子と遮蔽格子を移動させる円周の中心は、回折格子のＸ線が照射される範囲の中心と、Ｘ線源（焦点）の中心を通る直線（光軸）上にあることが好ましい。
【００３０】
上記光軸上にあり、回折格子からＸ線源方向に距離Ｒ離れたある１点を中心とする円の円周上を、回折格子と遮蔽格子を角速度θで移動させた時、２つの格子の移動速度は、回折格子がＲ×θ、遮蔽格子が（Ｒ＋Ｌ２）×θとなる。回折格子の速度Ｒ×θをｖ２とすると、遮蔽格子の速度はｖ２×（Ｒ＋Ｌ２）÷Ｒとなる。干渉パターンの移動速度はｖ２×Ｍであるので、干渉パターンと遮蔽格子の移動速度の差は
ｖ２・｛Ｍ−（Ｒ＋Ｌ２）／Ｒ｝ ・・・ （式４）
となり、Ｒ≠Ｌ１なので干渉パターンと遮蔽格子が相対移動をし、縞走査が成立する。この場合、一回の検出毎の回折格子の移動距離は、検出回数をｎとすると、
Ｐ２／｛（Ｍ−（Ｒ＋Ｌ２）／Ｒ）・ｎ｝ ・・・ （式５）
となり、この移動距離はＲがＬ１に近づくにつれて大きくなり、Ｒ＝Ｌ１で発散する。
【００３１】
本実施形態においては、回折格子と遮蔽格子を１つの移動部で移動をさせたが、移動手段が、回折格子を移動させる第１の移動手段（移動部）と遮蔽格子を移動させる第２の移動手段（移動部）を有していても良い。また、ｎ回の検出を行う時に回折格子と遮蔽格子が一定の相対位置をとれば良く、例えば検出後に回折格子が式５で表される距離移動し、その後、遮蔽格子が式５で表される距離に（Ｒ＋Ｌ２）÷Ｒかけた距離移動してから次の検出を行っても良い。但し、これらの移動方法をとる撮像装置よりも、回折格子と遮蔽格子を一体的に構成することで相対位置が変わらないようにしたものを移動部によって移動させる撮像装置の方が好ましい。但し、一体的に構成とは、回折格子と遮蔽格子が例えばネジで留められていたり、張り合わせられていたり、一体成型されていたりと機械的に接合されていることを指す。撮像装置をこのような構成にすると、回折格子と遮蔽格子の移動をより容易に行うことができる。
【００３２】
検出器５１０は、Ｘ線によるモアレの強度情報を検出することのできる撮像素子（例えばＣＣＤ）を有し、回折格子と遮蔽格子の移動に伴って生じる干渉パターンと遮蔽格子の相対移動に対応してモアレの強度情報を検出する。本実施形態では干渉パターンと遮蔽格子の相対移動の前後に強度情報を検出するが、干渉パターンと遮蔽格子の相対移動毎に強度情報の検出を行わなくとも良いし、相対移動中に検出を行っても良い。
但し、相対移動中に検出を行うと、検出中の相対移動により検出されるモアレの強度分布がぼける可能性がある。
【００３３】
以上が本実施形態における撮像装置の各構成の説明である。
本実施形態の撮像装置には演算部が接続されている。
【００３４】
演算部６１０は、検出器５１０による複数回の検出による検出結果に基づいて演算処理を行う。その結果被検体の位相像または微分位相像が得られる。更に演算部６１０には画像表示部９１０が接続されており、演算部６１０の演算結果に基づく画像を表示することができる。
【実施例】
【００３５】
以下具体的な実施例及び比較例について説明をする。
【００３６】
（実施例１）
実施例１では回折格子と遮蔽格子の相対位置が常に同じになるようにした状態で回折格子と遮蔽格子を光軸と垂直な平面上を移動させて縞走査を行い、この時の回折格子の合計移動量と、得られる被検体の微分位相像をシミュレーションにより計算した。但し、遮蔽格子と干渉パターンの相対位置の移動量が遮蔽格子の１周期分の長さと等しくなる時の回折格子の移動量を、回折格子の合計移動量とする。
実施例１の撮像装置の構成を図４（ａ）に示した。
【００３７】
Ｘ線源１２０はＸ線発生領域（焦点）が直径１０μｍの微小Ｘ線源で、１７．５ｋｅＶの単色Ｘ線を発生させる。用いるＸ線には、回折格子により回折されることで干渉パターンを形成するために高い干渉性が求められる。干渉性はＸ線源から回折格子までの距離が長い方が高くなるため、実施例１ではＸ線源から回折格子までの距離Ｌ１ａを１ｍとした。このような構成においてはＸ線源から照射されるＸ線はほぼ球面波とみなすことができる。
【００３８】
回折格子３２０は１次元の周期を持つ位相型回折格子であり、図２に断面形状を示した回折格子と同様の構造を有する。この回折格子は基板と矩形波状の構造物が共にシリコンで製造されており、位相進行部を透過したＸ線と位相遅延部を透過したＸ線の位相シフト量がπラジアンになるように矩形波状の構造物の高さは２２．６μｍである。また、この回折格子の周期ｐ１ａは８μｍである。
【００３９】
上述のＸ線源と回折格子を用いると、回折格子から１２．７ｃｍ離れた位置に干渉パターンが形成されるので、遮蔽格子をこの位置に配置する。干渉パターンは明部と暗部が１次元周期的に並んだ縞状のパターンである。また、本実施例の場合、回折格子の周期ｐ１ａが８μｍ、位相シフト量がπラジアン、拡大率ＭａがＬ１ａ＝１ｍ、Ｌ２ａ＝０．１２７ｍなのでＭａ＝１．１２７となるため、干渉パターンの周期は、８μｍ×１／２×１．１２７＝４．５μｍである。
【００４０】
遮蔽格子４２０は１次元の周期を持つ遮蔽格子であり、図３に断面形状を示した遮蔽格子と同様の構造を有する。この遮蔽格子は基板がシリコン、矩形波状の構造物が金で製造されており、矩形波状の構造物の高さを５０μｍとした。周期ｐ２ａは干渉パターンの周期と同一の４．５μｍにし、無限大の周期を持つモアレを形成した。
【００４１】
検出器５２０は分解能が９μｍのものを用いた。検出器で検出した結果をもとに演算装置で演算を行い、被検体の位相像を得た。
【００４２】
本実施例の撮像装置は支持部材１１１０によって回折格子３２０と遮蔽格子４２０の相対位置を固定した、格子セット８１０を用いることで回折格子３２０と遮蔽格子４２０の相対位置を常に一定に保っている。この格子セット８１０が移動部１０２０によって光軸に対し垂直な平面上を移動することで縞走査法を行う。
【００４３】
被検体２２０として直径４００μｍのシリコン球を用い、このシリコン球を光源１２０と回折格子３２０の間に設置した。その位置は回折格子３２０に近いほど望ましいが、本実施例では回折格子の手前１０ｃｍとした。
本実施例の撮像装置を用い、格子セット８１０を移動させながらＸ線を４回検出した。その検出結果の夫々を図５（ａ）〜（ｄ）に示す。また、この４回の検出結果（図５（ａ）〜（ｄ））から被検体の位相像を計算したものが図５（ｅ）であり、本実施例の撮像装置を用いて縞走査法による位相回復を行うことで、被検体の位相像を得られることが示された。
【００４４】
格子セット８１０の合計移動距離は（式３）より、約３５．５μｍとなった。
【００４５】
（実施例２）
実施例２では、実施例１における格子セット８１０を平行移動ではなく、ある円周上を滑らせるように移動させて縞走査を行い、この時の回折格子の合計移動量を計算した。
実施例２の撮像装置の構成を図４（ｂ）に示した。移動部１０３０と格子セット８１０の移動方法以外は実施例１と同じである。
【００４６】
上述のように、格子セット８１０を移動させる円周の中心８２０から格子セット８１０までの距離Ｒは少なくともＬ１より遠方に設置する必要がある。本実施例においてはＲａ＝２ｍとしたので、格子セット８１０の回折格子の合計移動距離は（式５）より、約７１．０μｍとなる。実施例２は実施例１よりも回折格子の合計移動距離が大きくなるため、より格子セットの移動が容易になる。
【００４７】
（比較例１）
比較例１では特許文献１に従い、回折格子と遮蔽格子を互いに相対的に平行に移動させて縞走査を行い、この時の回折格子の合計移動量を計算した。本比較例では遮蔽格子４２０を固定し、回折格子３２０のみを移動部１０４０によって移動させた。格子セット８１０がないことと、格子の移動部１０４０と回折格子の移動方法以外は実施例１と同じであり、本比較例の撮像装置の構成を図６（ａ）に示した。
【００４８】
回折格子３２０の合計移動量は遮蔽格子の周期と等しいため、本比較例では４．５μｍとなる。
【００４９】
（比較例２）
比較例２では特許文献２に従い、Ｘ線源１２０を移動部１０５０によって移動させることで縞走査法を行い、この時のＸ線源１２０の合計移動量を計算した。移動部１０５０と、格子セット８１０の代わりにＸ線源１２０を移動させること以外は実施例１と同じであり、本比較例の撮像装置の構成を図６（ｂ）に示した。図６（ｂ）には被検体へ入射するＸ線１５０の入射角度変化によるＸ線強度分布のずれを説明するためにＸ線源１２０が２つ記載されているが、実際の構成ではＸ線源は１つであり、α１からα２までの距離を何回かに分けて移動する。
【００５０】
回折格子３２０は固定されているため、合計移動量は０であり、その代わりにＸ線源が移動する。本比較例のＸ線源の合計移動量（α１とα２の距離）は
Ｐ２・（Ｌ１／Ｌ２） ・・・ （式７）
で表されるため、本比較例では約３５．４μｍとなる。
【００５１】
比較例２の場合は実施例１，２及び比較例１と異なりＸ線源を移動させるため、被検体に対するＸ線の入射角度が変化する。このＸ線の入射角度の変化によりＸ線強度分布にずれが生じ、複数回の検出から得られる被検体の位相像にぶれが存在してしまうことで、微小な構造が再現されない可能性がある。
【００５２】
被検体に対するＸ線の入射角度変化によるＸ線強度分布のずれについて説明をする。Ｘ線源１２０がα１の位置にある時、被検体２２０の最も光源側を透過したＸ線は検出器のある位置β１で検出される。一方、Ｘ線源１２０がα２の位置にある時、被検体２２０の最も光源側を透過したＸ線は検出器のある位置β２で検出される。このように、被検体の同じ位置を透過したＸ線が複数回の検出毎に検出器の異なる位置（β１とβ２）で検出されるため、この異なる位置（β１とβ２）の距離がずれとなって得られる被検体の位相像に現れる。
【００５３】
本比較例では被検体２２０が回折格子の手前１０ｃｍの場所に位置しているため、複数回のＸ線源１２０の移動の結果最も回折格子側部分で８．９μｍ程度のずれが生じる。被検体の厚みが１０ｃｍとすると最も光源側部分、つまり回折格子の手前２０ｃｍの位置では、ずれの大きさが１４．５μｍになる。このようなずれは解像度に影響を与える可能性がある。
【００５４】
以上今回の実施例と比較例を比べると以下の表のようになる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
検出毎の回折格子又はＸ線源の移動量は、合計移動量を検出回数で割ったものである。実施例１同様に実施例２及び比較例１，２でも夫々４回ずつ検出を行うとすると、表１の合計移動量の１／４が検出毎の回折格子又はＸ線源の移動量である。この移動量が小さいほど回折格子またはＸ線源の位置調整に精密さが要求される。表１から、実施例１、２は比較例１と比較として合計移動量が約１０倍であり、その分回折格子と遮蔽格子の移動が容易である。一方、実施例１，２と比較例２を比べると、比較例２はＸ線源が移動するため被検体に対するＸ線の入射角度が変化し、この変化により被検体のぶれが生じるため、解像度の限界が生じる。すなわち実施例においては、回折格子、遮蔽格子又はＸ線源の移動が容易でかつ被検体に対するＸ線の入射角度（入射波面）の変化による被検体のぶれが存在しない縞走査法が提供されることが分かる。
【００５７】
本実施形態ではＸ線を用いた撮像装置について説明をしたが、本発明にはＸ線以外の光（例えば紫外線または可視光）を用いることもできる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１１０ Ｘ線源
２１０ 被検体
３１０ 回折格子
４１０ 遮蔽格子
５１０ 検出器
６１０ 演算部
１０１０ 回折格子及び遮蔽格子の移動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、
前記遮蔽格子を経た光を検出する検出器と、
前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させる移動手段と、を備え、
前記移動手段は、前記回折格子と前記遮蔽格子が相対移動しないように前記回折格子及び前記遮蔽格子とを移動させることで、前記干渉パターンと前記遮蔽格子とを相対移動させ、
前記検出器は、前記干渉パターンと前記遮蔽格子との相対移動に対応して、前記光を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記回折格子と前記遮蔽格子が一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記回折格子を移動させる第１の移動手段と、前記遮蔽格子を移動させる第２の移動手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記干渉パターンの明部と暗部との配列方向に前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、
前記遮蔽格子を経た光を検出する検出器と、を備えた撮像装置を用いて被検体を撮像する方法であって、
前記回折格子と前記遮蔽格子とが相対移動しないように前記回折格子及び前記遮蔽格子とが移動することで、前記干渉パターンと前記遮蔽格子が相対移動する工程と、
前記干渉パターン及び前記遮蔽格子の相対移動に対応して、前記検出器が前記光を検出する工程と、を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項１】
光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、
前記遮蔽格子を経た光を検出する検出器と、
前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させる移動手段と、を備え、
前記移動手段は、前記回折格子と前記遮蔽格子が相対移動しないように前記回折格子及び前記遮蔽格子とを移動させることで、前記干渉パターンと前記遮蔽格子とを相対移動させ、
前記検出器は、前記干渉パターンと前記遮蔽格子との相対移動に対応して、前記光を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記回折格子と前記遮蔽格子が一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記回折格子を移動させる第１の移動手段と、前記遮蔽格子を移動させる第２の移動手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記干渉パターンの明部と暗部との配列方向に前記回折格子及び前記遮蔽格子を移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
光源からの発散光を回折することで干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンの一部を遮蔽する遮蔽格子と、
前記遮蔽格子を経た光を検出する検出器と、を備えた撮像装置を用いて被検体を撮像する方法であって、
前記回折格子と前記遮蔽格子とが相対移動しないように前記回折格子及び前記遮蔽格子とが移動することで、前記干渉パターンと前記遮蔽格子が相対移動する工程と、
前記干渉パターン及び前記遮蔽格子の相対移動に対応して、前記検出器が前記光を検出する工程と、を有することを特徴とする撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１５４７４２（Ｐ２０１２−１５４７４２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２５６（Ｐ２０１１−１３２５６）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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